DE19823376A1 - Antriebseinheit für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Bei einer Antriebseinheit für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen mit einem Elektromotor, einem Drehzahlsensor und einer Halbleiterschaltung zur Speisung des Elektromotors, besteht der Elektromotor aus einem Kommutatormotor und die Halbleiterschaltung regelt die Drehzahl des Kommutatormotors in wenigstens einem Belastungsbereich auf einen konstanten Wert oder nach einer vorgegebenen Sollwertkurve. Die Drehzahl des Kommutatormotors kann am Anfang und/oder Ende des Verstellweges der Verstelleinrichtung nach vorgegebenen Sollwertkurven für das Anlaufen bzw. Abschalten der Verstelleinrichtung geregelt werden, wobei die maximale Drehzahl des Bereichs der Drehzahlregelung kleiner ist als die minimale Drehzahl des ungeregelten Kommutatormotors, die sich bei größter Belastung des Kommutatormotors einstellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Zur Betätigung von Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen wie Sitzverstellungen, Fensterheber oder Schiebedachverstel­ lungen werden elektromotorische Antriebseinheiten einge­ setzt, die aus einem Elektromotor, einem Verstellgetriebe und einer Ansteuerschaltung für den Elektromotor bestehen. Unter Belastung sowie in Abhängigkeit von der Bewegungsrich­ tung treten starke Verstellgeräusche, insbesondere ungleich­ mäßige Verstellgeräusche, das sogenannte "Modulieren" der Antriebseinheit auf. Derartige ungleichmäßige Verstellge­ räusche sind beispielsweise beim Schließen einer Fenster­ scheibe eines Fensterhebers sowie beim Verfahren eines Fahr­ zeugsitzes deutlich vernehmbar.

Zur Vermeidung derartiger ungleichmäßiger Verstellgeräusche werden üblicherweise Elektromotoren mit großer Nennleistung eingesetzt, die eine flache Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie aufweisen, so daß beim Auftreten stärkerer Gegendrehmomente bei Lastschwankungen die Drehzahlschwankungen des Elektromo­ tors gering sind. Die Verwendung großer Elektromotoren mit entsprechend hoher Nennleistung führt jedoch zu Problemen bei deren Unterbringung im Bereich der durch sie betätigten Verstelleinrichtungen, bei einem Fensterheber beispielswei­ se im Türinnenraum oder bei einer Sitzverstellung unterhalb des Sitzkissens in unmittelbarer Nähe einer der Sitzschie­ nen. Darüber hinaus ist die Verwendung von Elektromotoren großer Nennleistung mit erheblichen Kosten sowie mit einem höheren Gewicht verbunden.

Aus der DE 196 15 581 A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern elektrischer Antriebe in Fahrzeugen mit einem Elektromotor bekannt, bei dem der Betrieb des Elektromotors durch eine Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie vorgegeben und das wirksame Drehmoment überwacht wird. Um die mit dem Elektromotor zusammenwirkenden mechanischen Komponenten hinsichtlich ihrer Betriebsfestigkeit und Belastbarkeit schwächer als für die Bedingungen auszulegen, wie sie bei einem Blockie­ ren des Elektromotors erforderlich sind, wird bei einem Grenz-Drehmoment, das größer als das normalerweise auftre­ tende und das kleiner als das maximale Drehmoment ist, der Antrieb auf ein annähernd konstantes Drehmoment geregelt.

Zusätzlich kann in der Endphase eines Bewegungsvorgangs das wirksame Drehmoment zeitlich begrenzt über das Grenz-Drehmo­ ment angehoben werden. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Ansteuerung des Elektromotors mit Hilfe einer Puls­ breitenmodulation vorgenommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gleichmäßi­ ges Verstellgeräusch auch bei stark schwankender Belastung der Antriebseinheit mit minimalem Aufwand und Volumen für die Herstellung und die Bauform der Antriebseinheit bei schnellstmöglicher und sicherer Verstellung zu gewährlei­ sten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet gleichmäßige Verstellgeräusche bei unterschiedlichen Belastungen der Antriebseinheit für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeu­ gen. Die aufgrund unterschiedlicher Belastungen auftreten­ den Drehzahlschwankungen, die zu modulierenden Geräuschen führen, werden mittels der den Kommutatormotor speisenden Halbleiterschaltung ausgeregelt und somit die Entstehung modulierender Geräusche vermieden bzw. durch regelungstech­ nische Maßnahmen deutlich reduziert.

Dabei ist die Verwendung eines mechanisch-kommutierten Motors anstelle eines elektrisch kommutierten Motors in Verbindung mit einer Steuerelektronik für die Halbleiter­ schaltung eine besonders kostengünstige Lösung.

Innerhalb des wenigstens einen Belastungsbereiches kann die Drehzahl des Kommutatormotors wahlweise auf einen konstan­ ten Wert oder nach einer vorgegebenen Sollwertkurve gere­ gelt werden.

Die Kegelung auf einen konstanten Drehzahlwert oder nach einer Drehzahl-Sollwertkurve erfolgt in Abhängigkeit von der Art der Verstelleinrichtung und deren spezifischem Belastungsverlauf über den Verstellweg. Da es das Ziel der Drehzahlregelung in Verbindung mit einem Kommutatormotor ist, modulierende Geräusche beim Verfahren einer Verstell­ einrichtung über deren Verstellweg auszuschließen bzw. zu minimieren, gleichzeitig aber die Verstellfunktion optimal zu erfüllen, d. h. beispielsweise die Verstellgeschwindig­ keit nicht oder nur geringfügig herabzusetzen und Schutzmaß­ nahmen nicht zu beeinträchtigen, wird die Drehzahlregelung an die spezifischen Vorgaben der Verstelleinrichtung an­ gepaßt.

Belastungsänderungen auf dem Verstellweg, insbesondere infolge sich verändernder, aber bei jedem Durchlaufen des Verstellweges wiederkehrender Schwergängigkeiten, können vorzugsweise dadurch berücksichtigt werden, daß die Soll­ wertkurve adaptiv an Veränderungen der Belastungen über den Verstellweg angepaßt wird, insbesondere während des oder nach dem Durchlaufen des wenigstens einen Belastungsbe­ reichs oder mindestens einen Teils des Verstellweges der belasteten oder unbelasteten Verstelleinrichtung.

Damit wird sichergestellt, daß aufgrund der vorhandenen Massenträgheit der bewegten Verstelleinrichtung Schwergän­ gigkeiten auf dem Verstellweg durch das Regelungssystem der Halbleiterschaltung "vorweggenommen" werden und nicht erst zu einer Reaktion des Regelungssystems führen, wenn solche Schwergängigkeiten auftreten. Auf diese Weise wird ein lernfähiges System geschaffen, daß wegabhängige Schwergän­ gigkeiten voraussieht und durch entsprechende Veränderungen der Sollwertkurve für eine entsprechende Ansteuerung des Kommutatormotors sorgt, so daß keine modulierenden Geräu­ sche auftreten.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, die Drehzahl des Kommutatormotors am Anfang und/oder Ende des Verstellweges der Verstelleinrichtung nach vorgege­ benen Sollwertkurven für das Anlaufen bzw. Abschalten der Verstelleinrichtung zu regeln.

Am Anfang bzw. Ende des Verstellweges einer Verstelleinrich­ tung wie beispielsweise einem Scheibenheber treten besonde­ re Randbedingungen auf, da der Scheibenhebermechanismus in diesen Bereichen erhöhten Reibungsmomenten ausgesetzt ist. Durch regelungstechnische Maßnahmen wird dem Rechnung getra­ gen und vermieden, daß Schwergängigkeiten zu modulierenden Geräuschen führen, die vom Benutzer als Fehlfunktion der Verstelleinrichtung gedeutet werden können, und ein soge­ nannter "Softstop" und/oder "Softstart", d. h. ein weiches Ein- oder Anlaufen in die betreffenden Endpositionen gewähr­ leistet wird.

In gleicher Weise kann die Drehzahl des Kommutatormotors beim Starten aus einer beliebigen Position und/oder beim Anhalten in einer beliebigen Position des Verstellweges der Verstelleinrichtung nach vorgegebenen Sollwertkurven für das Anlaufen bzw. Abschalten der Verstelleinrichtung gere­ gelt werden, d. h. es wird ein "Softstop" und/oder "Soft­ start" für ein weiches Ein- oder Anlaufen in die betreffen­ de Position gewährleistet.

Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die maximale Drehzahl des Bereichs der Drehzahl­ regelung kleiner ist als die minimale Drehzahl des ungere­ gelten Kommutatormotors, die sich bei größter Belastung des Kommutatormotors einstellt.

Durch die Verlagerung des Regelungsbereichs unterhalb der minimalen Drehzahl eines ungeregelten Elektromotors im gesamten Belastungsbereich wird sichergestellt, daß auf­ grund der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eines Kommutatormo­ tors über den gesamten Verstellweg, zumindest aber in bestimmten Belastungsbereichen ein hinreichend großes Verstellmoment bereitgestellt wird. Mit der Regelung der Drehzahl des Kommutatormotors auf beispielsweise einen konstanten Wert wird dabei auch beim Auftreten von Bela­ stungsspitzen vermieden, daß Drehzahlschwankungen zu modu­ lierenden Verstellgeräuschen führen.

Zur Berücksichtigung unterschiedlicher Betriebsarten der Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen wird die Drehzahl­ regelung des Kommutatormotors nach einem weiteren Merkmal der Erfindung nur dann aktiviert, wenn die Art der Verstel­ lung es erfordert, modulierende Verstellgeräusche zu vermei­ den. So stellt beispielsweise das Verfahren eines Kraftfahr­ zeugsitzes in die vorderste Position, um einen Einstieg zum Rücksitz des Kraftfahrzeugs zu erleichtern, eine andere Betriebsart dar als beispielsweise das optimale Positionie­ ren des Fahrzeugsitzes durch den Fahrer mittels eines Tastschalters. Während in der einen Betriebsart die Ver­ stellgeschindigkeit Vorrang hat, besitzt bei der anderen Betriebsart des genauen Positionierens des Kraftfahrzeugsit­ zes das Vermeiden modulierender Geräusche Priorität.

Da die Betriebsart des Verfahrens des Kraftfahrzeugsitzes als Einstieghilfe bei unbelastetem Fahrzeugsitz beispiels­ weise durch Vorklappen der Rückenlehne eines vorderen Fahrzeugsitzes ("Easy-Entry-Steuerung") erfolgt, ist der Be­ lastungsgrad ohnehin geringer, so daß eine höhere Drehzahl des Kommutatormotors für eine höhere Verstellgeschwindig­ keit und eine Inkaufnahme geringfügiger modulierender Geräusche sinnvoll ist. Gleiches gilt bei einer Verstellung durch den sogenannten Memorybetrieb, d. h. zur Einstellung des Fahrzeugsitzes auf eine vorgegebene Position. Dagegen kann beim genauen Positionieren des Sitzes eine geringfügi­ ge Verringerung der Verstellgeschwindigkeit hingenommen wer­ den, wenn dadurch modulierende Geräusche vermieden werden.

Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß der Bereich der Drehzahlregelung in Abhängigkeit vom Belastungsgrad der Verstelleinrichtung verändert wird.

Da die minimale Drehzahl bei ungeregeltem Motor im Falle einer unbelasteten Verstelleinrichtung größer ist als im Falle der Belastung der Verstelleinrichtung, schaltet die Einrichtung zur Regelung der Drehzahl des Kommutatormotors im Belastungsfall auf einen Regelbereich um, der geringere Drehzahlen umfaßt als der Regelbereich für die unbelastete Verstelleinrichtung.

Insgesamt umfaßt der Drehzahl-Regelbereich eine Drehzahlre­ gelung für eine schnelle und eine Drehzahlregelung für eine langsame Verstellung der Verstelleinrichtung. Beispielswei­ se kann durch Regeln der Drehzahl auf einen konstanten Wert sichergestellt werden, daß sowohl für eine schnelle Verstel­ lung als auch für eine langsame Verstellung die zu regeln­ den Drehzahlen unterhalb der minimalen Drehzahl im ungere­ gelten Bereich liegt. Dadurch wird für jeden Belastungsfall vermieden, daß modulierende Geräusche auftreten und je nach Anforderung wird sowohl eine schnelle Verstellung bei geringerem Verstellmoment als auch eine langsame Verstel­ lung bei erhöhtem Verstellmoment sichergestellt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutatormotor eine gegenüber einem an die Verstelleistung angepaßten Elektromotor höhere Leerlaufdrehzahl und ein im wesentli­ chen gleiches Blockiermoment aufweist und im Belastungsbe­ reich auf eine dem Belastungsdrehmoment entsprechende höhere Drehzahl geregelt wird.

Die Verwendung kleinerer, hochdrehender Elektromotoren führt zu einer erheblichen Raum-, Kosten- und Gewichtsein­ sparung. Der Einsatz kleiner, hochdrehender Elektromotoren ist möglich, weil bei voller Bestromung das Blockiermoment derartiger Motoren mit entsprechend steilerer Drehmoment- Drehzahl-Kennlinie mit einem größeren Elektromotor ver­ gleichbar ist, der eine wesentlich flachere Drehmoment-Dreh­ zahl-Kennlinie aufweist, was geringere Drehzahlschwankungen bei Lastschwankungen zur Folge hat. Der Nachteil einer hohen Verstellgeschwindigkeit bei der Verwendung kleiner, hochdrehender Kommutatormotoren wird durch die erfindungsge­ mäße Drehzahlregelung des Kommutatormotors ausgeglichen.

Vorzugsweise wird der von der Halbleiterschaltung an den Kommutatormotor abgegebene Motorstrom bzw. die an die Motorklemmen angelegte Versorgungsspannung pulsbreitenmodu­ liert.

Durch die Pulsbreitenmodulation des Motorstromes bzw. der Motorspannung wird die Voraussetzung für die Verwendung verschiedenartiger Halbleiterschaltungen zur Speisung des Kommutatormotors geschaffen. So besteht die Möglichkeit, die Halbleiterschaltung mit einer Halbleiter-Brückenschal­ tung zu versehen, in deren Brückendiagonale der Kommutator­ motor angeordnet ist und bei der die Verbindung jeweils zweier Halbleiterelemente, die nicht mit dem Kommutatormo­ tor verbunden ist, an eine Speisespannungsquelle angeschlos­ sen ist und daß die Steuerelektroden der Halbleiterelemente an eine Ansteuerelektronik der Halbleiterschaltung ange­ schlossen sind.

Alternativ hierzu kann die Schaltung zur Speisung des Kommutatormotors aus einem Schaltregler zur Spannungserhö­ hung und einer Ansteuerelektronik bestehen.

Die Steuerelektronik kann sowohl mit einer übergeordneten Steuer- und Regelschaltung als auch mit einer Memory-Elek­ tronik verbunden werden, so daß die Halbleiterschaltung vollständig in die Bordelektronik eines Kraftfahrzeugs integriert ist.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltung bei einem Bela­ stungsmoment, das größer als ein vorgegebenes Grenzmoment ist, auf die Regelung einer-konstanten Drehzahl des Kommuta­ tormotors umschaltet, die kleiner ist als die Drehzahl, die bei normalen Betriebszuständen auf einen konstanten Wert geregelt wird.

Bei einer eine Grenzbelastung überschreitenden Belastung der Antriebseinheit kann durch einmaliges Umschalten auf eine niedrigere Drehzahl des Kommutatormotors ein größeres Drehmoment abgegeben werden, wobei diese geringere Drehzahl ebenfalls auf einen konstanten Wert geregelt wird. Dadurch tritt nur eine einmalige Veränderung des Verstellgeräusches auf, so daß der Modulationsvorgang vernachlässigbar ist.

Eine Alternative zur Umschaltung auf eine niedrigere kon­ stante Drehzahl besteht darin, dem Kommutatormotor eine höhere Versorgungsspannung unter Beibehaltung des konstan­ ten Drehzahlwertes zur Verfügung zu stellen. Damit kann der Kommutatormotor ein größeres Drehmoment abgeben und somit auf eine höhere Belastung reagieren, ohne daß dies zu einer Änderung des Verstellgeräuschs führt.

Unter Berücksichtigung von Sicherheits- oder Schutzeinrich­ tungen kann die Halbleiterschaltung bei einem Belastungsmo­ ment, das größer als ein vorgegebenes Grenzmoment ist, die Stromzufuhr zum Kommutatormotor automatisch abschalten.

Damit wird ein wirksamer Einklemmschutz unter Berücksichti­ gung der Vermeidung modulierender Geräusche gewährleistet. Ein solcher Einklemmschutz kann für verschiedene Verstelleinrichtungen vorgesehen werden, insbesondere aber für Fensterheber und Schiebedächer beim Schließen der Fensterscheiben oder Schiebedächer sowie beim Verfahren eines Fahrzeugsitzes.

Zusätzlich zu der vorstehenden Maßnahme zur Gewährleistung eines wirksamen Einklemmschutzes kann die Halbleiterschal­ tung den Kommutatormotor abschalten und so ansteuern, daß dieser um einen vorgegebenen Wert in entgegengesetzter Drehrichtung bewegt wird.

Damit ist gewährleistet, daß bei Belastungsmomenten, die ein vorgegebenes Grenzmoment und damit übliche bzw. vorher­ sehbare Schwergängigkeiten auf dem Verstellweg überschrei­ ten, zum Beispiel bei einem Einklemmfall, die auf den einge­ klemmten Gegenstand einwirkende Kraft nicht nur unterbro­ chen, sondern der eingeklemmte Gegenstand für einen wirksa­ men Einklemmschutz freigegeben wird und damit aus dem Ver­ stellweg entfernt werden kann.

Weiterhin kann die Halbleiterschaltung bei einem Belastungs­ moment, das größer als ein vorgegebenes Grenzmoment ist, die Stromzufuhr zum Kommutatormotor nur dann abschalten, wenn eine in einer programmierten Ansteuerung der Verstell­ einrichtung vorgegebene Position angefahren wird.

Bei einer programmierten Ansteuerung der Verstelleinrich­ tung wie beim Anfahren einer in einer Memory-Elektronik gespeicherten Position oder beim automatischen Vorfahren eines Fahrzeug-Frontsitzes durch Vorklappen des Sitzes als Einstieghilfe ("Easy-Entry") schließt ein die übliche oder vorhersehbare Schwergängigkeit übersteigendes Gegenmoment einen Einklemmfall ein. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird ein wirksamer Einklemmschutz bei einer solchen automa­ tischen Verstellung gewährleistet.

Insbesondere beim automatischen Vorfahren eines Fahrzeug-Frontsitzes durch Vorklappen des Sitzes als Ein­ stieghilfe ("Easy-Entry") kann der Einklemmschutz auf eine unbelastete Verstelleinrichtung eingeschränkt werden.

Bei dem vorgenannten Einklemmschutz kann eine Veränderung einer Sollwertkurve für einzelne Belastungsbereiche oder den gesamten Verstellweg durch eine adaptive Steuerung und Regelung berücksichtigt werden.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Antriebseinheit für Verstelleinrichtun­ gen in Kraftfahrzeugen mit einem Kommutator­ motor, einem Elektronikmodul und einem Schneckengetriebe;

Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf der Drehzahl bei geregeltem und ungeregeltem Kommutatormotor;

Fig. 3 einen zeitlichen Verlauf der Drehzahl bei geregeltem und ungeregeltem Kommutatormotor in verschiedenen Belastungszuständen;

Fig. 4 Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien für Kommuta­ tormotoren unterschiedlicher Nennleistung;

Fig. 5 ein Kennlinienfeld eines Kommutatormotors kleiner Nennleistung bei unterschiedlichen Klemmenspannungen und Ankerströmen;

Fig. 6 eine Halbleiter-Brückenschaltung zur Spei­ sung eines Kommutatormotors gemäß Fig. 1 und

Fig. 7 einen Schaltregler zur Spannungserhöhung für einen Kommutatormotor gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Antriebseinheit für Verstellan­ triebe in Kraftfahrzeugen besteht aus einem Elektromotor 1 mit einem Motorgehäuse bzw. Poltopf 10, einem Schneckenge­ triebe 2 und einer Motorelektronik in Form eines Elektro­ nikmoduls 3, das mit einer Steckverbindung 7 versehen ist, über die die elektrische Verbindung des Elektronikmoduls 3 und damit der Antriebseinheit mit einer zentralen oder de­ zentralen Steuer- und Überwachungseinrichtung eines Kraft­ fahrzeuges erfolgt. Das Elektronikmodul 3 ist mechanisch mit dem Elektromotor 1 bzw. dessen Poltopf 10 und elek­ trisch mit einer Kommutierungseinrichtung des Elektromotors 1, die aus einem Kommutator 11 und Bürsten 12 besteht, und einem mit der Motorwelle 13 gekoppelten Drehzahlsensor 6, der in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Hallsensor besteht, verbunden.

Die in das Getriebegehäuse 20 verlängerte Motor- oder Ankerwelle 13 bildet im Getriebe 2 eine Schneckenwelle aus, die mit einer Schnecke 22 verbunden ist, die auf die Motor­ welle 13 beispielsweise aufgeschrumpft wird. Die Schnecke 22 treibt ein Schneckenrad 21 an, das beispielsweise mit einem Fensterhebe- oder einem Sitzverstellmechanismus eines Kraftfahrzeuges verbunden ist.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl eines ungeregelten und geregelten Kommutatormotors. Bei unbelaste­ tem Kommutatormotor stellt sich die konstante Nenndrehzahl n₀ ein. Bei belastetem, ungeregeltem Kommutatormotor schwankt die Drehzahl n₁(t) des Kommutatormotors in Abhän­ gigkeit vom Belastungsgrad und erreicht beim Auftreten des größten Gegenmoments die minimale Drehzahl n_1min. Die schwankende Drehzahl der Drehzahlkurve n₁(t) führt zu deutlich wahrnehmbaren Verstellgeräuschen, die dem Benutzer eine mangelhafte Funktion der Verstelleinrichtung bzw. einen Defekt der Verstelleinrichtung suggerieren.

Erfindungsgemäß wird der Kommutatormotor in einem Drehzahl­ bereich geregelt, der unterhalb der minimalen Drehzahl n_1min bei ungeregeltem Kommutatormotor liegt. Dieser Regel­ bereich liegt zwischen einer maximalen Drehzahl n_1s für eine schnelle Verstellung der Verstelleinrichtung und deren Stillstand (n=0). Dazwischen liegt eine Drehzahl n_1l, die einer langsamen Verstellung der Verstelleinrichtung ent­ spricht.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl auf einen konstanten Wert geregelt, d. h. sowohl für eine schnelle Verstellung als auch für eine langsame Verstellung wird ein konstanter Sollwert für die Drehzahl des Kommutatormotors vorgegeben. Alternativ hierzu kann die Sollwertvorgabe nach einer Sollwertkurve erfolgen, die beispielsweise die spezifische Belastung der Verstell­ einrichtung über den Verstellweg berücksichtigt und gleich­ zeitig sicherstellt, daß durch eine entsprechende Sollwert­ vorgabe modulierende Geräusche ausgeschlossen bzw. mini­ miert werden.

Der zeitliche Verlauf der Drehzahl gemäß Fig. 3 entspricht der Darstellung gemäß Fig. 2 mit der Maßgabe, daß der zeitliche Verlauf der Drehzahl n₁(t) bei unbelastetem Kommutatormotor und der zeitliche Verlauf der Drehzahl n₂(t) bei belastetem Kommutatormotor dargestellt sind.

Abhängig vom Belastungsfall bzw. Belastungsgrad treten unterschiedliche minimale Drehzahlen n_1min und n_2min des ungeregelten Kommutatormotors auf. Daraus ergibt sich ein Regelbereich 1 für den unbelasteten Kommutatormotor, der zwischen der Drehzahl n_1s und Stillstand liegt sowie ein Regelbereich 2, der bei einem belasteten Kommutatormotor zwischen der Drehzahl n_2s und Stillstand des Kommutatormo­ tors verläuft. Entsprechend liegt die Sollwertvorgabe für beispielsweise eine konstante Drehzahl bei langsamer Ver­ stellung der Verstelleinrichtung bei den Werten n_1l und n_2l zwischen den Drehzahlen n_1s und n_2s für eine schnelle Ver­ stellung im belasteten und unbelasteten Fall und Stillstand des Kommutatormotors (n=0).

Durch Umschalten des Drehzahl-Regelbereichs kann damit dem Belastungsgrad und der Art der Verstellung der Verstellein­ richtung Rechnung getragen werden. Bei unbelasteter Ver­ stelleinrichtung erfolgt eine Sollwertvorgabe für die Dreh­ zahl des Kommutatormotors für eine konstante Geschwindig­ keit bei einer Schnellverstellung mit einer Drehzahl n_1s sowie einer geringeren Drehzahl n_1l für eine langsame Verstellung vorzugsweise bei erhöhtem Gegenmoment, während im belasteten Fall für eine Schnellverstellung die Drehzahl n_2s und für eine langsame Verstellung die Drehzahl n_2l als konstanter Wert vorgegeben werden. Beide Drehzahlbereiche liegen jeweils unterhalb der minimalen Drehzahl bei ungere­ geltem Kommutatormotor, so daß unabhängig von der Bauart des Kommutatormotors sichergestellt wird, daß über den gesamten Verstellbereich ein hinreichend großes Drehmoment vom Kommutatormotor abgegeben wird.

Die in Fig. 3 dargestellten Drehzahlverläufekönnen bei­ spielsweise für eine Sitzverstellung wie folgt eingesetzt werden:

Bei einer Sitzverstellung im sogenannten Memorybetrieb oder zum Zwecke der Einstieghilfe bei vorklappbaren Sitzen wird die jeweils schnellste Drehzahl für eine Verstellung des Fahrzeugsitzes innerhalb kürzester Zeit vorgegeben, d. h. für eine Verstellung im Memorybetrieb bei belastetem Fahr­ zeugsitz die Drehzahl n_2s und für eine Verstellung des Sitzes zum Zwecke der Einstieghilfe bei vorklappbaren Sitzen die Drehzahl n_1s für einen unbelasteten Fahrzeugsitz. Erfolgt dagegen die Verstellung des Fahr­ zeugsitzes durch Tastenbetrieb, d. h. eine Verstellung des Fahrzeugsitzes erfolgt nur so lange, wie ein Tastschalter betätigt wird, so wird bei belastetem Fahrzeugsitz die Dreh­ zahl n_2l für eine langsame Verstellung bei größtmöglichem Drehmoment vorgegeben.

Fig. 4 zeigt die Motorkennlinien von zwei Kommutatormoto­ ren unterschiedlicher Nennleistung. Die Drehzahl n der Motoren ist linear abhängig vom Drehmoment M und weist in Abhängigkeit von der Nennleistung der Motoren eine unter­ schiedliche Steigung auf. Ein Kommutatormotor großer Lei­ stung zeichnet sich durch eine Motorkennlinie K_G geringer Steigung aus, während ein Kommutatormotor geringer Leistung eine steilere Motorkennlinie K_K zeigt. Der Schnittpunkt mit der Ordinate bestimmt die Leerlaufdrehzahlen n₀₁ für einen Kommutatormotor großer Leistung bzw. n₀₂ für einen Kommuta­ tormotor kleiner Nennleistung. Die Motorkennlinien schnei­ den die Abszisse beim Kurzschlußmoment M_K1,2.

Bei einer bestimmten Betriebsdrehzahl n_B stellen sich in Abhängigkeit von den Motorkennlinie K_G bzw. K_K unterschied­ liche Betriebsdrehmomente M_B1, M_B2 für den Kommutatormotor großer Nennleistung bzw. den Kommutatormotor kleiner Nenn­ leistung ein. Der Darstellung gemäß Fig. 4 ist zu entneh­ men, daß bei gleicher Betriebsdrehzahl der Kommutatormotor kleiner Leistung ein größeres Betriebsdrehmoment ausübt als der Kommutatormotor großer Nennleistung, daß aber jede Drehmomentänderung, d. h. jede Änderung des Gegendrehmoments und damit jeder Lastwechsel der Antriebseinheit auf die Drehzahl eines Kommutatormotors kleiner Leistung eine deutlich größere Wirkung ausübt als auf einen Kommutatormo­ tor großer Nennleistung, dessen flacher verlaufende Motor­ kennlinie KG nur geringfügige Drehzahländerungen zur Folge hat.

Diese physikalischen Verhältnisse führen dazu, daß zur Vermeidung eines modulierenden Geräuschs bei einer Antriebseinheit für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeu­ gen, die auf Drehzahländerungen zurückzuführen ist, die Verwendung eines Kommutatormotors großer Nennleistung bei Laständerungen deutlich geringere Drehzahländerungen und damit deutlich verminderte modulierende Geräusche zur Folge hat.

Andererseits erfordert ein Elektromotor großer Nennleistung ein größeres Bauvolumen und hat demzufolge einen größeren Platzbedarf und weist ein erheblich größeres Gewicht auf als ein Elektromotor kleiner Leistung. Zusätzlich ist ein Elektromotor größerer Nennleistung wesentlich teurer als ein Elektromotor kleinerer Nennleistung.

Um jegliches modulierendes Geräusch bei Laständerungen, die auf Verstellantriebe für Kraftfahrzeuge einwirken, auszu­ schließen bzw. zu minimieren, ist erfindungsgemäß eine Steuerschaltung vorgesehen, die die Drehzahl des Elektromo­ tors der Antriebseinheit auf einen konstanten Wert regelt. Diese Drehzahlregelung kann sowohl für Elektromotoren großer Leistung als auch für Motoren kleiner Leistung vorgesehen werden, aus Gründen geringer Kosten, eines geringen Gewichts und eines geringen Bauvolumens wird die Verwendung eines Kommutatormotors kleiner Leistung vorgese­ hen, dessen Drehzahl auf eine konstante Betriebsdrehzahl geregelt wird.

Fig. 5 zeigt eine Kennlinienschar von Motorkennlinien K0 bis K3, wobei die Leerlaufdrehzahlen, d. h. die Schnittpunk­ te der Motorkennlinien K0 bis K3 mit der Ordinate sowie die Kurzschluß-Drehmomente, d. h. die Schnittpunkte der Motor­ kennlinien K0 bis K3 mit der Abszisse mit steigender Span­ nung U zu höheren Werten verschoben werden.

Um eine konstante Betriebsdrehzahl n_k bei unterschiedlichen Lastbedingungen zu erzielen, wird durch Änderung der Mo­ tor-Klemmenspannung U die Motorkennlinie jeweils parallel verschoben, so daß bei unterschiedlichen Lastmomenten M1 bis M4 die gleiche Betriebsdrehzahl n_k erhalten bleibt.

Alternativ oder zusätzlich kann durch Verändern des Ankerstromes das Drehmoment bei konstanter Drehzahl verändert und damit sich verändernden Lastverhältnissen angepaßt werden. Dies geschieht bevorzugt mit einer Schal­ tung zur Pulsbreitenmodulation wie sie nachstehend an einem Beispiel beschrieben wird.

Zur Überwindung größerer Lastmomente kann wahlweise die Betriebsdrehzahl einmalig auf die reduzierte Betriebsdreh­ zahl n_r herabgesetzt werden, die bei gleichen Motorspannun­ gen zu größeren Drehmomenten M₁, bis M₄, führt. Da ein einmaliges Umschalten der Betriebsdrehzahl zu keinem deut­ lich ins Gewicht fallenden modulierenden Geräusch führt, kann mit Hilfe dieser Maßnahme auch ein größeres Lastmoment in einem Kommutatormotor kleiner Leistung überwunden wer­ den.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren zur Ansteuerung des Kommutatormotors durch die Halbleiterschaltung schließen die Möglichkeiten einer adaptiven Regelung zur Berücksichti­ gung veränderlicher Schwergängigkeiten auf dem Verstellweg sowie die verschiedenen Einklemmschutzverfahren ein, mit denen beim Überschreiten eines vorgegebenen Grenzmomentes dem Einklemmen von Gegenständen oder Körperteilen entgegen­ gewirkt wird.

In den Fig. 6 und 7 sind zwei Schaltungsbeispiele zur Durchführung der erfindungsgemäßen Regelung der Motordreh­ zahl auf einen konstanten Wert oder nach einer vorgegebenen Sollwertkurve dargestellt.

Fig. 6 zeigt eine Halbleiterschaltung 3 mit einer Halblei­ ter-Brückenschaltung, die Transistoren 31 bis 34 aufweist, die in den einzelnen Brückenzweigen angeordnet sind. An die eine Brückendiagonale sind die Motorklemmen des Kommutator­ motors 1 angeschlossen, während die Verbindungen der Lastan­ schlüsse jeweils zweier Transistoren 31, 32 bzw. 33, 34, die nicht mit den Motorklemmen verbunden sind, an eine Spei­ sespannungsquelle 8, insbesondere an den Kraftfahrzeug-Akku­ mulator angeschlossen sind. Die Steuerelektroden der Transi­ storen 31 bis 34 sind mit einer Ansteuerelektronik 30 der Halbleiterschaltung 3 verbunden, die über eine Leitung 7 mit einer übergeordneten Steuer- und Regeleinrichtung verbunden ist, die beispielsweise eine Memory-Schaltung für eine Sitzverstellung oder dergleichen enthält.

Die in Fig. 6 dargestellte Halbleiter-Brückenschaltung wird von der Ansteuerelektronik 30 so angesteuert, daß mittels Pulsbreitenmodulation Ankerstromblöcke unterschied­ licher Dauer dem Kommutatormotor 1 zugeführt werden, so daß der Mittelwert des Ankerstromes variiert werden kann. Bei der Pulsbreitenmodulation wird die Einschaltdauer der Transistoren 31 bis 34 im Verhältnis zur Periodendauer des Kommutatormotors 1 verändert.

Der Kommutatormotor 1 ist mit einem- Drehzahlsensor 6, bei­ spielsweise einem optoelektronischem Sensor, Hallsensor oder einem Tachogenerator verbunden, der über eine Steuer­ leitung 60 an die Ansteuerelektronik 30 angeschlossen ist. Die Ansteuerelektronik 30 steuert die Steueranschlüsse der Transistoren 31 bis 34 in Pulsbreitensteuerung so an, daß entsprechend Fig. 3 die Betriebsdrehzahl des Kommutatormo­ tors 1 konstant gehalten wird. Überschreitet das Last- oder Gegendrehmoment, das auf die Antriebseinheit der Verstell­ einrichtung und damit auf den Kommutatormotor 1 einwirkt, einen vorgegebenen Drehmoment-Grenzwert, so kann entspre­ chend der Darstellung gemäß Fig. 3 auf eine reduzierte Betriebsdrehzahl mit größeren Lastmomenten bei gleicher Klemmenspannung des Kommutatormotors 1 durch die Ansteuer­ elektronik 30 umgeschaltet werden.

Fig. 7 zeigt eine Variante einer Halbleiterschaltung, bei der anstelle einer Halbleiter-Brückenschaltung ein Schaltregler zur Spannungserhöhung vorgesehen ist. Diese Halbleiterschaltung weist in der Verbindung des einen Spannungsanschlusses einer Batterie 8 mit einer Motorklemme des Kommutatormotors 1 die Reihenschaltung einer Induktivi­ tät 35 und einer Diode 37 auf, deren Kathode mit der Motor­ klemme verbunden ist. Der Kollektor eines Schalttransistors 36 ist an die Verbindung zwischen Induktivität 35 und Anode der Diode 37 angeschlossen, während der Emitter des Schalt­ transistors 36 an Massepotential angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 36 ist an den Ausgang einer Ansteuere­ lektronik 30 angeschlossen, die eingangsseitig an die Verbindung zwischen der Kathode der Diode 37 und der Motor­ klemme des Kommutatormotors 1 angeschlossen ist. Parallel zu den Motorklemmen ist ein Kondensator 38 vorgesehen.

Der in Fig. 7 vorgesehene Schaltregler zur Spannungserhö­ hung nutzt die Induktionsgesetze zur Erzeugung höherer Ausgangsspannungen aus. Wenn der Transistor 36 gesperrt wird, steigt sein Kollektorpotential über die Eingangsspan­ nung an. Über die Diode 37 wird dann der Kondensator 38 aufgeladen, so daß die an den Klemmen des Kommutatormotors 5 anliegende Ausgangsspannung U_a größer oder gleich der Batteriespannung ist.

Durch die Anordnung der Kollektor-Emitterstrecke eines Schalttransistors in Reihe zur Induktivität 35 sowie durch eine kathodenseitig an die Verbindung des Emitters des Schalttransistors mit der Induktivität und anodenseitig mit Massepotential verbundenen Diode kann ein Schaltregler aufgebaut werden, dessen Ausgangsspannung stets niedriger als die Eingangsspannung ist, wobei durch entsprechende Veränderung der Einschaltdauer des Schalttransistors unter­ schiedliche Ausgangsspannungen abgegeben werden können.

Claims (20)

1. Antriebseinheit für Verstelleinrichtungen in Kraftfahr­ zeugen mit einem Elektromotor, einem Drehzahlsensor und einer zwischen einer Spannungsquelle und dem Elektromo­ tor angeordneten Halbleiterschaltung zur Speisung des Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor aus einem Kommutatormotor (1) besteht und daß die Halbleiterschaltung (3) die Drehzahl des Kommutatormotors (1) in wenigstens einem Belastungs­ bereich regelt.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Kommutatormotors (1) innerhalb des wenigstens einen Belastungsbereichs auf einen konstanten Wert geregelt wird.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Kommutatormotors (1) innerhalb des wenigstens einen Belastungsbereichs nach einer vorgegebe­ nen Sollwertkurve geregelt wird.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertkurve adaptiv an Veränderungen der Belastungen über den Verstellweg angepaßt wird, insbeson­ dere während des oder nach dem Durchlaufen des wenig­ stens einen Belastungsbereichs oder mindestens eines Teils des Verstellweges der belasteten oder unbelasteten Verstelleinrichtung.

5. Antriebseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehzahl des Kommutatormotors (1) am Anfang und/oder Ende des Verstellweges der Verstellein­ richtung nach vorgegebenen Sollwertkurven für das Anlau­ fen bzw. Abschalten der Verstelleinrichtung geregelt wird.

6. Antriebseinheit nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehzahl des Kommutatormotors (1) beim Starten aus einer beliebigen Position und/oder beim Anhalten in einer beliebigen Position des Verstellweges der Verstelleinrichtung nach vorgegebenen Sollwertkurven für das Anlaufen bzw. Abschalten der Verstelleinrichtung geregelt wird.

7. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Drehzahl des Bereichs der Drehzahlregelung kleiner ist als die minimale Drehzahl des ungeregelten Kommutatormo­ tors (1), die sich bei größter Belastung des Kommutator­ motors (1) einstellt.

8. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Drehzahlregelung mindestens zwei verschiedene konstante Drehzahl-Sollwerte oder Sollwertkurven für verschiedene Verstellgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von gewählten Betriebsarten und/oder Ansteuerungen der Verstelleinrich­ tung aufweist.

9. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Kommutatormotors (1) bei einer Ansteuerung der Verstell­ einrichtung mittels eines Tastschalters auf einen gerin­ geren Wert geregelt wird als bei einer programmierten Ansteuerung (Memory-Steuerung, "Easy-Entry"-Steuerung) der Verstelleinrichtung.

10. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Drehzahlregelung in Abhängigkeit vom Belastungsgrad der Verstelleinrichtung verändert wird.

11. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutatormo­ tor (1) eine gegenüber einem an die Verstelleistung angepaßten Elektromotor höhere Leerlaufdrehzahl und ein im wesentlichen gleiches Blockiermoment aufweist und im Belastungsbereich auf eine dem Belastungsdrehmoment entsprechende höhere Drehzahl geregelt wird.

12. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Halbleiterschaltung (3) an den Kommutatormotor (1) abge­ gebene Motorstrom pulsbreitenmoduliert ist.

13. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter­ schaltung (3) mit einer Memory-Elektronik verbunden ist.

14. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter­ schaltung (3) bei einem Belastungsmoment, das größer als ein vorgegebenes Grenzmoment ist, auf eine höhere Speisespannung (U) des Kommutatormotors (1) umschaltet.

15. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter­ schaltung (3) bei einem Belastungsmoment, das größer als ein vorgegebenes Grenzmoment ist, die Stromzufuhr zum Kommutatormotor (1) abschaltet.

16. Antriebseinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halbleiterschaltung (3) den Kommutatormo­ tor (1) abschaltet und so ansteuert, daß dieser um einen vorgegebenen Wert in entgegengesetzter Drehrich­ tung bewegt wird.

17. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter­ schaltung (3) bei einem Belastungsmoment, das größer als ein vorgegebenes Grenzmoment ist, die Stromzufuhr zum Kommutatormotor (1) nur dann abschaltet, wenn eine in einer programmierten Ansteuerung der Verstelleinrich­ tung vorgegebene Position angefahren wird.

18. Antriebseinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halbleiterschaltung (3) bei einem Bela­ stungsmoment, das größer als ein vorgegebenes Grenzmo­ ment ist, die Stromzufuhr zum Kommutatormotor (1) nur dann abschaltet, wenn eine in einer programmierten Ansteuerung der Verstelleinrichtung vorgegebene Positi­ on im unbelasteten Zustand der Verstelleinrichtung angefahren wird.

19. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter­ schaltung (3) als Leistungsteil eine Halbleiter-Brücken­ schaltung enthält, in deren Brückendiagonale der Kom­ mutatormotor (1) angeordnet ist und deren Verbindung zweier Halbleiterelemente (31, 32 bzw. 33, 34), die nicht mit dem Kommutatormotor (1) verbunden ist, an eine Speisespannungsquelle (8) angeschlossen ist und daß die Steuerelektroden der Halbleiterelemente (31, 32 bzw. 33, 34) an eine Ansteuerelektronik (30) der Halbleiterschaltung (3) angeschlossen sind.

20. Antriebseinheit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltung (3) einen Schaltregler (35 bis 38) zur Spannungserhöhung und eine Ansteuerelektronik (30) enthält.